浅谈小型砌石拱坝安全评价工程地质勘察
中图分类号：TV641 文献标识码：A
福建省宁德市共有小㈡型以上水库（水利）316座，其中中型水库9座，小㈠型水库52座，小㈡型水库255座。相当部分的小型水库大坝是浆砌石拱坝，且运行时间日久，由于维护经费不足、管理不善等原因，许多砌石拱坝存在诸多病险隐患。2007年以来，随着国家对水利基础设施安全的重视，投入大量资金，支持农村水利工程进行安全鉴定与除险加固。为彻底消除小型水库病险隐患，宁德市启动了全区农村病险水库大坝全面安全鉴定与除险加固工作。
由于众多小型砌石拱坝都是在二十世纪八九十年代开工建设的。受当时施工条件、经费等诸多原因制约，很多砌石拱坝前期施工都没有进行地质勘察工作。水库蓄水投运后，又缺乏维护资金，加上管理不善，致原设计、施工及相关验收资料大部分缺失，几乎无法进行大坝安全评价、鉴定与相应除险加固设计工作。因此，对这些砌石拱坝现状地质勘察工作尤为重要。
1.工程概况
已建砌石拱坝大部分年代久远。按规范先进行大坝现场地质查勘，检查，调绘，初步摸清坝址工程地质与水文地质条件，如坝肩稳定状况、大坝渗流状况等。通过此举，虽也能发现大坝外部地质环境一些问题，但坝体内部与大坝基础情况究竟如何、工程质量控制主要指标，如坝基岩性、开挖是否到位、坝体砌筑材料的组成与胶结情况、砌筑密实度、砼等胶结材料强度变化等则无法获知，因此，对砌石拱坝进行地质钻探勘察，在某种意义上讲，就好比对人体作CT检查。通过坝体、基础地质钻探勘察，才能全面摸清坝体内部与坝基情况，为大坝安全评价、鉴定与除险加固设计提供有力依据。闽东小型浆砌石拱坝多为单曲或双曲拱坝。很多坝顶宽度都不足2m，有的浆砌石拱坝甚至只有0.8m～1m，钻探操作与平常的工民建地质勘察存在天壤之别。不仅要求钻探孔位选择合理，而且在安全操作方面也需高度重视。要根据坝高、坝型特点，布置搭设钻机操作平台、防护拦杆，施工时还要严格按相关规范进行作业，才能确保操作人身安全。
2.水库大坝勘察安全评价
2.1 水库大坝钻孔布置原则
砌石拱坝地质勘察工作原则上应在坝顶左、右非溢流段及溢流堰中部布置钻孔。
通过3个勘察点钻探取芯分析，可以较全面了解大坝坝体砌筑用毛块石质地、胶结料（主要是砼与水泥砂浆）与毛块石胶结情况、两岸坝肩与河床基础岩性、开挖是否到位等情况。
2.2 勘察工作内容
通过压水试验可以反映大坝砌筑密实度、基础岩层（包括坝体与基岩接触层）透水率与破碎情况。
通过芯样室内试验，可以获知胶结材料、毛块石等抗压??度、岩体弹模与变模等地质物理力学参数。
如果大坝中部溢流堰为平顶堰且有设置交通桥的情况，可以直接在交通桥上钻孔，但实际操作过程中许多小型砌石拱坝中部溢流堰都没有设置交通桥，而且溢面是自由溢流的，这就给地质勘察带来很大难度。在这种情况下可以在下游河床靠近坝脚位置进行钻孔，有些人认为在坝脚钻孔没有多大意义，其实不然。如果河床基岩裸露的情况下，确实可以通过地质调绘形式对河床段基岩地质描述，但有些大坝坝脚堆填了弃石及经年累积的冲洪积卵漂石等，在原资料有关坝高及坝基情况不明确情况下，大坝河床段地质勘察尤其重要。
2.3 工程地质勘察
案例一：
宁德市蕉城区赤溪乡东坑水库大坝，位于赤溪支流安乐溪上，距赤溪镇政府所在地4km。该水库于1987年12月建成，水库大坝为单曲砌石拱坝，最大坝高21.8m，坝顶最大弧长53.0m。溢流堰位于大坝中间，为宽顶堰式，溢流宽度22m，最大泄洪流量58.0m3/s。放水涵洞为直径0.5m塑料pvc管，最大放水流量为0.3m3/s。坝址以上控制集雨面积3.82km2，总库容15.2万m3，灌溉面积1000亩，是一座以灌溉为主的小（二）型水库。
此坝两岸坝肩岩石裸露，但河床堆积漂砾。勘察在左、右岸坝肩及溢流堰背水坡坡脚处各布置1个勘探点，当时在坝脚位置钻孔，原预计3m～5m应该就到岩石基础。然而实际钻探钻了坝脚后填土的深度深达11m，才见岩石基础，简直是难以想象。钻探后经走访当地早期参与建设施工人员以及当地老乡，才知道河床处坝基处，原为深切之“龙潭”深槽（地质术语），由于坝基无法开挖到位，后期采用桥拱基础处理，在坝后的“龙潭”深槽，则采用了回填土处理。正因为有了地质勘察，才查明了坝基情况，对于后期大坝培厚加固与河床基础处理等设计起了关键性作用。
案例二：
古田县院坪里水库主体工程为砌石单曲拱坝，坝顶高程为426.0m，河床处建基面高程为408.25m，最大坝高15.8m，坝顶宽1.2m。
勘察在左、右岸坝肩重力墩及靠近溢流堰（河床）坝顶共布设勘探点3个。即坝体右岸重力墩（JK1）、河床段坝体（JK2）、左岸重力墩（JK3）。根据钻孔取芯柱状分析可知，坝芯为混凝土砌毛石，碎、毛石约占70%～90%；混凝土胶结质量较差，砼芯表层松散。钻进出现塌孔、漏水现象，下部砼芯总体质量一般，砼芯呈短柱状、柱状为主，芯样一般为5cm～20cm。总体呈两岸重力墩处混凝土质量较差，河床坝段质量相对较好，上部砌筑质量较差，下部较好的态势；根据取砼（胶结料）芯试验其抗压强度范围值为8.7MPa～11.8MPa，极限饱和抗压强度平均值为10.2MPa。为坝体结构应力分析提供了根据。
钻探结果表明，大坝右岸重力墩坝基（JK1）为弱风化辉绿岩，河床（JK2）孔段坝基为弱风化碎斑熔岩，两处基础开挖基本到位；左岸重力墩坝基（JK3）为碎块状强风化碎斑熔岩，说明左岸坝基未开挖到位。因此坝基处理应做为本次除险加固的重点，建议对坝基强风化层进行固结灌浆处理。
由于院坪里水库大坝地质情况较为复杂，如果当时大坝没有进行这么系统的地质勘察，很难查清坝体及坝基的情况，因为有了完整的地质资料，大坝安全评价、鉴定与除险加固设计得心应手，为后期除险加固施工提供强有力的技术保障，可以进一步保证险加固施工工程的安全性及价值性。
结语
福建省宁德市小型水库砌石拱坝数量众多，小型水库砌石拱坝具有自身的建设历史条件，在除险加固工程设计中，只有充分认识地质勘察的重要性，根据小型水库砌石拱坝其自身的建设历史、运行情况及损坏特点，通过地质勘察，查明大坝内部及坝基情况，才能为拱坝安全评价与鉴定、除险加固设计提出合理建议，最大程度地发挥工程效益。
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